石油钻井自动化智能化新技术研究

靳美成

（中国石油长城钻探工程有限公司，北京 100101）

钻井技术的自动化、智能化的程度，直接关乎油田的生产效益、效率。钻井新技术的应用，尤其是自动化智能化的钻井工具、计算机监控系统、通讯网络等体系，保障了钻井工程的安全建设，以及油田生产的稳中求进。未来智能钻杆、随钻地震等新技术的应用，可实现石油钻井生产经济性、时效性等优势的最大程度发挥。

1 钻井新技术的应用优势

（1）确保钻井作业质量。应用钻井新技术可确保钻井作业质量。首先将数据实时反馈技术、导向钻井技术应用到钻井工程中，可确保钻井工具正轨进行。其次利用智能传感器，实现了钻井作业的全程可控性，降低了作业难度、工作强度、安全隐患，确保了工作效率。

（2）减少作业周期与综合成本。常规的钻井技术需配置大量的人力、物力等资源，自动化智能化钻井技术的应用，优化了钻井作业项目，减少了电缆测井等不必要的工作环节，施工周期显著缩短，有效控制施工成本。

（3）拓宽项目作业领域。自动化智能化的钻井技术，不受环境、地质等条件影响，特殊地质井况等条件都能有效展开钻井作业，拓展了钻井项目的作业领域。新技术的组合应用，工作适应性、效率、精度与质量显著提升，促使石油钻井项目步入良性运作的轨迹。

2 自动化智能化新技术应用

（1）计算机监控系统。计算机监督控制系统的应用，提高了作业数据收集、信息分析、施工命令传达等工作的时效性，为现代化钻井系统的完善夯实了基础。系统配套资料库，涵盖了大量专家的研究成果，实际应用可提高石油钻井工程项目的管理水平。借助井下感应器等设备，实时收集井下的数据信息，并传输至计算机监控系统，系统对数据分类评估后，若评估结果在资料库管控范围内，将评估结果输送至井下。当评估结果超出资料库的控制范畴，需经技术人员、施工人员围绕评估结果讨论，获取一致意见后输送至井下。工作人员对不符合数据库控制范围的评估结构数据进行整理，将有用数据信息归纳至系统资料库内，实现资料库的更新、升级。在实践中，钻井通信平台涵盖修井操控平台、修井远程操控系统，有利于钻井项目实现立体式的监督制约体系，为随钻地震、智能传输等新技术的实际应用夯实了基础。

（2）钻井工具。实际上，各种钻井设备、工具都能够落实项目施工的各种指令，确保石油开采作业有序展开。自动化、智能化、现代化的钻井系统，结合稳定可靠的运行机制，可实现钻井导向、智能扩眼、智能接头等工具的微型化。实时监测工程数据的同时，可作用于通井、固井、压裂等核心环节。新型钻井工具的应用，可优化钻井工艺流程，能够明确钻头的位置、方向，实现了井下开采的导向作业。感应器收集井下开采的技术参数，可及时掌握、监督钻头的运作状况，实现了井下开采工程的高效、稳定、安全。

（3）钻井供电体系。各个钻井工具工作的性能不同，尤其是电能消耗量方面的差异，为提高钻井项目供电系统的安全可靠程度，需优化供电系统的发电机组构成，有效配备柴油机、应急等发电机组，确保电力稳定、及时供应。为提供充足、稳定的电力能量，供电系统需合理配置断路器、高低压配电盘、控制箱等部分，满足钻井工程对照明、工具用电等需求。PMS生产管理系统的应用，可根据工程施工的实际用电，提供充足的电量，确保了供电系统的智能性。钻井工程可使用高性能电池、涡轮发电机组等新型供电方式，提高供电系统的安全性、稳定性与供电效率。

（4）钻井通讯网络。现代化钻井通讯网络可利用共享中心、调控中心等，实现数据信息的双向传递，以及项目信息资料的共享。共享数据信息的集成化特征明显，储存容量大可实现高效传输，以及数据信息的安全、快速解析演绎，为钻井作业的决策提供了参照。对于数据信息的快速检测反馈、整理演绎等操作，确保了井下、井上通讯的效率与质量，为井下信息反馈、指令传送提供了便利。

（5）信息传达技术。当前的钻井信息传达技术，主要涉及随钻测井、井眼轨道检测两项，技术应用与监控设备类似，有利于技术人员获取反馈信息，通过信息分析掌握施工岩层、钻井轨道等情况。目前常用的信息传达技术，主要包括电磁感应法、超声回弹综合法等。最大程度发挥信息传达技术的作用，需掌握技术性能、使用方法，以及技术优势与弊端。

3 钻井新技术发展

（1）随钻地震技术。该技术是依附钻井工程，对地震勘探技术优化的产物。随钻地震分为随钻rvsp、随钻vsp两类，前者将钻头破岩的振动，看作是地下震源，借助井架上的传感器，收集钻头破岩时的振动信号，将该信号称为参考、导航信号。地面安置检波器，由其收集地下钻头振动，经地层传播的信号，如直达波、反射波等信号。地下振动信号施以预处理后，与直达波信号经过互相关分析后，确定时移，评估地层特征。后者利用钻铤检波器，收集钻进过程中的地面地震波，将数据传输至地面，数据分析处理后，对钻进情况进行评估。

随钻地震技术的经济性、实用性、时效性等优势特征也是传统vsp所不能比拟的。随钻地震技术在国外石油勘探开采中有着显著的成效，可方便获取钻井工作中地震实验数据的同时，能够综合钻井技术、地震技术，最大程度发挥钻井技术的优势性能。

（2）地质导向钻井技术。随钻测井技术的广泛应用，加速了完善地质导向钻井技术的步伐，该技术通过控制油气层，根据测定的井下地质信息，引导并设计原钻工作轨迹，确保钻头围绕油气层目标正轨运行。依附随钻测井技术的同时，结合井眼轨迹测控技术，增加了钻头的导向性。地层岩性、孔隙流体等信息的实时反馈，为地质师、技术人员等了解井眼的状况，以及井眼轨迹调整、修改等提供了价值依据。该技术的应用，确保水平井眼始终在目标层内，并与产层内的水油等资源保持适当间距。但该技术不能反馈供储层状况的信息，判定、决策油气层仍缺乏科学依据，对此该技术适用开采薄油层、油田后期开发等领域。该技术可以提供岩性密度、自然伽马等地质参数，以及井底扭矩、钻压、方位等工程参数的井底信息。地质导向钻井技术，主要是通过钻井中多种反馈信息的分析，实时评价所钻地层的特性，根据测评结果控制井下钻具的活动。

（3）近钻头参数测量技术。钻井工程直接关系到石油开发的产量，各工作环节需谨慎，钻井过程需不断优化，对此可通过测量钻头参数来调整实现。为满足钻井工程的需要，近钻头参数测量技术被广泛应用，通过内部的传感装置，收集钻头过程中的地层特征参数信息，并将其传输至控制单元，由控制单元分析地层特征的数据并指导钻井路径调整。

（4）智能钻杆技术。智能钻杆技术的应用，可显著提升钻井工作中数据传输的效率，通过高速传输，最大程度发挥信息分析的时效性，避免影响施工进度。智能钻杆技术，突破了钻井数据传输效率的瓶颈，同时优化了数据传输的稳定性、实时性，带动钻井数据分析时效性的提升，确保钻井工作正常开展。

4 思考与建议

全球石油勘探开发业的迅猛发展，使钻井新技术实现了质的飞跃，技术的自动化、智能化成为了可能。在实践中，钻井新技术贯穿于钻井工程的各个环节与阶段，提升了钻井工程施工的效率与安全程度。确保石油企业的经济效益。但是我国在钻井新技术的自动化智能化程度，以及新技术的应用领域、程序步骤等方面，与国外发达国家相比仍存在较大差异。国内目前应用的钻井新设备、仪器等，都需要从国外引进，完全摆脱对国外支持的依赖，目前看来难以实现。国内钻井新技术处于摸索前进的阶段，在性能上仍有很大的完善空间，石油开采中的风险因素仍不能有效规避。实现钻井技术的智能化、自动化、数字化，首先需从转变工作理念入手，借鉴国外新钻井技术与工艺，加大国外新钻井设备的研究力度，逐步强化钻井工程的安全性，以及项目施工的效率、质量，提高降低钻井成本方案的可行性，最大程度扩大钻井项目的社会和经济效益。

5 结语

自动化、智能化钻井，对我国钻井技术的发展有着现实意义，更是钻井工程发展的重要方向。随着钻井供电体系、信息传达技术等方面的不断优化，钻井新技术的适应能力、应用范围被逐渐提升，在特殊工艺井中的应用成效显著提升。近钻头参数测量技术、智能钻杆技术等新技术的深入研发，使钻井过程中对于解决信息的实时传递、实时监测等瓶颈问题成为了可能。